JP2005294527A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 弁作用金属粉末の成形体に平板状のリード線３を埋設したコンデンサ素子１の弁作用金属粉末の密度のばらつきを改善し、コンデンサ素子のクラックの発生を防止する。
【解決手段】 弁作用金属粉末の成形体２に弁作用金属からなるリード線３を埋設してなるコンデンサ素子１を用いた固体電解コンデンサにおいて、リード線３を平板状とするとともに、リード線３の角部にテーパ部または曲線部を設ける。コンデンサ素子１の成形時にテーパ部または曲線部が弁作用金属粉末を案内するようになり、コンデンサ素子１の内部での弁作用金属粉末の密度のばらつきが改善される。
【選択図】 図１

Description

この発明はタンタル等の弁作用金属粉末を成形・焼結したコンデンサ素子を用いた固体電解コンデンサに関する。

一般に、電源平滑回路の２次側やパーソナルコンピュータのＣＰＵ周りなどに使用されるコンデンサは、高周波に対応し、かつ大電流が流せることが要求されている。そして、このようなコンデンサにはＣＰＵの厚さに対応して、薄型のものが要求されている。具体的には、電子機器のより小型化・薄型化の要求に応えるため、ＣＰＵの厚さは現在では０．９ｍｍから１．２ｍｍ程度のものが実用化されているが、コンデンサに対しても、ＣＰＵの厚さと同等の厚さとなるような、薄型のコンデンサが要求されている。

このような要求に対応するため、小型化・薄型化を図ることができ、かつ高周波特性が良好で、しかも静電容量の大きいコンデンサとして、固体電解コンデンサが使用されている。

図６は、従来の固体電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。タンタル、アルミニウム、チタン、ニオブなどの弁作用金属粉末からなる成形体２に、弁作用金属からなるリード線３が埋設されてコンデンサ素子１が形成されている。

このコンデンサ素子１の表面には、陽極酸化処理によって誘電体酸化皮膜が形成され、この誘電体酸化皮膜の上に固体電解質層４、グラファイト層５、銀ペースト層１０が順次形成される。そして、陽極であるリード線３に金属製の外部陽極端子７が溶接等の手段により接合され、銀ペースト層１０には銀接着材６によって外部陰極端子８が接合されて、エポキシ系粉末樹脂などにて陽極全体を覆うようにモールドすることにより、外装９を形成して固体電解コンデンサが得られる。

このような電解コンデンサに大電流を流し、かつ高周波領域での周波数特性を向上させるためには、リード線３と成形体２を構成する弁作用金属粉末との接合面積を大きくして、固体電解コンデンサの低ＥＳＲ化を図ることが効果的であることから、従来よりこの接合面積を増加させる方法が各種提案されている。

例えば、実開昭５７−１３８３３０号公報には、リード線３の成形体１への埋め込み部分を薄く偏平加工する方法が提案されている。また、実開昭５８−１８７１３６号公報では、単にリード線３を偏平にするだけでなく、その埋め込み長さや偏平度合を限定して見掛表面積を増加させる方法が開示されている。また、実開昭５９−１８７１２９号公報にも、同様にリード線３の埋め込み部分を偏平形状にし、その厚さを規定した方法が開示されている。
実開昭５７−１３８３３０号公報 実開昭５８−１８７１３６号公報 実開昭５９−１８７１２９号公報

このようにリード線を平板状にすることにより、固体電解コンデンサの静電容量を減少させることなく、固体電解コンデンサの薄型化を図ることができ、さらに固体電解コンデンサが大電流に対応し、かつ高周波領域での周波数特性を向上させるという課題を実現できるようになる。

固体電解コンデンサのコンデンサ素子を製造する方法としては、一般的には、弁作用金属粉末を所定形状の成型枠に充填し、その成型枠に充填された弁作用金属粉末にリード線を押し込むようにして埋設した後に、弁作用金属粉末にプレス圧力を加えて全体を圧縮することにより弁作用金属粉末同士を密着させ、さらに、焼結することによりコンデンサ素子を得ている。

このようなコンデンサ素子に製造方法についてより詳細に説明すると、図３に示すように成型枠３０は金属製の下型枠３１と上型枠３５よりなり、下型枠３１には、弁作用金属粉末を充填するための溝部３２が形成され、この溝部３２には、溝部３２の形成方向（図中の矢印方向）にそれぞれ移動自在な一対のプレス治具３３、３３が装着されている。上型枠３５にはリード線を収納するための収納溝（図示せず）が形成されており、この上型枠３５は下型枠３１に取り付けられる。下型枠３１に上型枠３５を取り付けると、下型枠３１、上型枠３５、プレス治具３３，３３によって、溝部３２は密閉された空間となる。

このような成型枠３０によるコンデンサ素子の製造工程について、図４とともに説明する。図４は成型枠３０を使用したコンデンサ素子の製造工程を示す図面で、成型枠とコンデンサ素子の断面を示している。

図４（ａ）に示すように、プレス治具３３，３３を下型枠３１の溝部の所定位置に配置し、下型枠３１の溝部に弁作用金属粉末３７を充填する。そして、図４（ｂ）に示すように、弁作用金属粉末３７にリード線３を押し込むようにして埋設する。この際のリード線３の埋設位置は上型枠３５に形成された貫通孔３６に合致する位置としている。さらに、図４（ｃ）に示すように、下型枠３１に上型枠３５を取り付けて固定する。

この状態で図４（ｄ）に示すように、プレス治具３３、３３を図４（ｄ）中の矢印方向に移動させて、弁作用金属粉末３７にプレス圧力を印加する。弁作用金属粉末３７にプレス圧力を印加することにより、弁作用金属粉末３７が圧縮されて、弁作用金属粉末３７同士が密着する。そして、この成形体２を成型枠３０から取り出して焼結することにより、コンデンサ素子１を得ている。

このようなコンデンサ素子の製造方法においては、弁作用金属粉末に対するプレス圧力を加える方向は、コンデンサ素子の最も短い辺の方向のプレス圧力を加えることが好ましい。なぜなら、弁作用金属粉末、特にタンタル金属粉末は柔らかい金属であるとともに流れ性の悪いことが知られており、プレス治具を移動させる行程が長くなると、タンタル粉末と成型枠とが擦れることにより、タンタル粉末が目つぶれを起こしてしまう。そして、タンタル粉末が目つぶれを起こすと、その後の工程で形成する固体電解質層をコンデンサ素子の内部にまで形成させることが困難になるため、固体電解コンデンサとしての所定の静電容量が得られない場合がある。

従って、タンタル粉末にプレス圧力を加える際には、プレス治具を移動させる行程が最も短い方向、すなわち、直方体状のコンデンサ素子の最も短い辺の方向に対してプレス圧力を加えると良いことになる。

より具体的には、薄型の固体電解コンデンサの場合には、図５に示したような各辺の寸法が異なる偏平型のコンデンサ素子１を用いることになるが、このようなコンデンサ素子１の場合には、コンデンサ素子１のＨ寸法方向が最も短い辺となっている。そのため、このようなコンデンサ素子を製造する際には、プレス治具をコンデンサ素子１のＨ寸法方向に移動させて、プレス圧力を加えることが良いことになる。

しかしながら、断面形状が長方形となっている平板状のリード線を用いた場合には、弁作用金属粉末にプレス圧力を加えて圧縮した際に、リード線に対して均一にプレス圧力が加わらないという問題があることが判明した。

すなわち、図２に示すように、断面形状が長方形となっている平板状のリード線３の短辺側近傍では、プレス治具３３によって弁作用金属粉末３７を圧縮した際のプレス圧力が十分に加わらずに、この部分の弁金属粉末密度が低下する。すなわち、図２中のリード線３の短辺近傍の拡大図に示したように、弁作用金属粉末３７の低密度部分と高密度部分が生じてしまう。そして、このような弁作用金属粉末の低密度部分が、コンデンサ素子の外周部に露出した場合には、この低密度部分でクラックが発生する場合がある。

近年では、リード線３と成形体２を構成する弁作用金属粉末との接合面積を大きくするために、平板状のリード線の幅を広げる方向にあり、図５に示すように、リード線の幅に対するコンデンサ素子のＷ寸法方向のマージンは小さくなってきている。また、接合面積を大きくするために、平板状のリード線の厚さを厚くすることも考えられるが、平板状のリード線の厚さを厚くすることにより、前述したプレス圧力が均一に加わらないという問題はより顕著になる。そのため、コンデンサ素子の低密度部分からのクラックの発生の問題が顕在化してきている。

このような現象について発明者が検討を加えたところ、弁作用金属粉末を成型枠に充填した後に、プレス圧力を加えた場合には、弁作用金属粉末の流れ性が悪いため、プレス方向に対してリード線がある部分と、リード線がない部分では、プレス圧力に差異が生じているためと判明した。

そこで、この発明では、弁作用金属粉末の成形体に弁作用金属からなるリード線を埋設してなるコンデンサ素子を用いた固体電解コンデンサにおいて、リード線として平板状のリード線を用いたときの、コンデンサ素子の弁作用金属粉末の密度のばらつきを改善し、コンデンサ素子のクラックの発生を防止できるコンデンサ素子の構造を提供するものである。

この出願の請求項１に係る発明は、弁作用金属粉末の成形体に弁作用金属からなるリード線を埋設してなるコンデンサ素子を用いた固体電解コンデンサにおいて、リード線を平板状とするとともに、平板状のリード線の断面の角部にテーパ部または曲線部を設けたことを特徴とする固体電解コンデンサである。

平板状のリードの形状の断面の角部にテーパ部または曲線部を設けることにより、弁作用金属粉末を成形する際に、弁作用金属粉末の流れ性を改善することができ、コンデンサ素子の弁作用金属粉末密度のばらつきを改善することができるようになる。

この発明では、コンデンサ素子の弁作用金属粉末の密度のばらつきを改善することができ、コンデンサ素子の製造工程で、焼成したときのコンデンサ素子のクラックの発生を防止できるようになる。

この発明を実施するための最良の形態について、以下に詳細に説明する。

この発明は、弁作用金属粉末の成形体に弁作用金属からなるリード線を埋設してなるコンデンサ素子を用いた固体電解コンデンサにおいて、リード線を平板状とするとともに、平板状のリード線の断面の角部にテーパ部または曲線部を設けたことを特徴とする固体電解コンデンサである。

このような固体電解コンデンサに用いるコンデンサ素子は次の工程により作成する。

弁作用金属粉末としてタンタル金属粉末を用いる。またタンタル金属粉末はそのＣＶ積（静電容量と化成電圧の積）が７００００ＣＶのものを用いている。

コンデンサ素子の成形には成型枠を用いる。なお、コンデンサ素子の成形に用いる成型枠およびその成形工程は、従来例によるものと殆ど同じであるため、従来例で示した図３、図４を参照して説明する。図３に示すように、成型枠３０は金属製の下型枠３１と上型枠３５よりなり、下型枠３１には、タンタル金属粉末を充填するための溝部３２が形成され、この溝部３２には、溝部３２の形成方向（図中の矢印方向）にそれぞれ移動自在な一対のプレス治具３３，３３が装着されている。上型枠３５にはリード線３を収納するための収納孔（図示せず）が形成されており、この上型枠３５は下型枠３１に取り付けられる。下型枠３１に上型枠３５を取り付けると、下型枠３１、上型枠３５、プレス治具３３，３３によって、溝部３２は密閉された空間となる。

成型枠３０によるコンデンサ素子の製造工程としては、図４（ａ）に示すようにプレス治具３３，３３を下型枠３１の溝部３２の所定位置に配置し、下型枠３１の溝部３２にタンタル粉末３７を充填する。そして、図４（ｂ）に示すように、タンタル粉末３７にリード線３を押し込むようにして埋設する。この際のリード線３の埋設位置は上型枠３５に形成された収納孔３６に合致する位置としている。さらに。図４（ｃ）に示すように、下型枠３１に上型枠３５を取り付けて固定する。この際、リード線３は上型枠３５に設けた収納孔３６に収納されるようになる。

ここで用いるリード線３はタンタル金属よりなり、平板状のものを用いる。その断面形状は図１（ａ）に示すように、長方形の角部が曲線部となっている。このようなリード線３は、タンタル金属からなる板状体を所定幅に裁断した後に、その角部を研磨することにより得ることができる。さらに、タンタル金属からなる板状体を所定幅に裁断した後に、ローラーによって角部を潰す方法によっても、長方形の角部が曲線部となったリード線を得ることができる。

なお、リード線３の断面形状としては、上述のように長方形の角部が曲線部となっているものの他にも、図１（ｂ）に示すように、長方形の角部を切削または研磨によって、テーパ部を設け、断面形状を六角形状としたものであっても良い。さらに、図示しないが、長方形の角部を切削または研磨によってテーパ部を設け、八角形状としたものであっても良い。

この状態で図４（ｄ）に示すように、プレス治具３３，３３を矢印方向に移動させて、タンタル金属粉末３７にプレス圧力を印加する。タンタル金属粉末３７にプレス圧力を印加することにより、タンタル粉末同士が圧縮されて、タンタル金属粉末３７同士が密着する。

上述のプレス工程では、従来例での説明と同様に、コンデンサ素子の最も短い辺の方向からプレス圧力が加えられるようにする。ここで成形するコンデンサ素子は薄型の固体電解コンデンサ用のものであり、図５でのＨ寸法方向がコンデンサ素子の最も短い辺となっている。この方向はリード線３との関係で言うと、平板状のリード線３の短辺方向に対して、プレス圧力が加わることとなる。

プレス工程においては、タンタル金属粉末３７に対して、プレス治具３３，３３によるプレス圧力を加えた際に、リード線３の断面の角部が曲線部となっているために、流れ性の悪いタンタル金属粉末であっても、この曲線部またはテーパ部に案内されるようにタンタル金属粉末が流動する。そのため、コンデンサ素子内でのタンタル金属粉末密度のばらつきが解消、あるいは軽減されるようになる。

成型枠３０内でプレス圧力を加えて成形した成形体２を成型枠３０から取り出し、焼結炉にて ℃での焼結を行うことにより、タンタル金属粉末同士を結合させて、コンデンサ素子を得る。

以上のような工程を経て製造されたコンデンサ素子は、コンデンサ素子内部でのタンタル粉末の密度のばらつきが殆ど無く、ほぼ均一となっているために、焼成時にコンデンサ素子にクラックが発生することが無い。

以上のような工程を経て製造したコンデンサ素子の寸法は、図２中のＬ寸法が４．０ｍｍ、Ｗ寸法が３．０ｍｍ、Ｈ寸法が０．８ｍｍのものである。

このコンデンサ素子の弁作用金属表面には、陽極酸化処理によって誘電体酸化皮膜を形成し、この誘電体酸化皮膜の上に固体電解質層、グラファイト層および銀ペースト層が順次形成される。そして、陽極であるリード線３に外部陽極端子が接合され、銀ペースト層に外部陰極端子が接合されて、エポキシ系粉末樹脂などにて陽極全体を覆うようにモールドすることにより固体電解コンデンサが得られる。

この発明の固体電解コンデンサに用いるコンデンサ素子をリード線方向から見た正面図で、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施形態の一例を示す。 従来の固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子を成形する工程を示す図面で、コンデンサ素子のリード線方向からみた断面図である。 固体電解コンデンサのコンデンサ素子を成形する際に用いる成型枠を示す斜視図である。 固体電解コンデンサのコンデンサ素子を成形する工程を示す図面で、（ａ）から（ｄ）は各工程を示す。 コンデンサ素子の外観形状を示す斜視図である。 固体電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ 成形体
３ リード線
４ 固体電解質層
５ グラファイト層
６ 銀接着材
７ 外部陽極端子
８ 外部陰極端子
９ 外装
１０ 銀ペースト層
３０ 成型枠
３１ 下型枠
３２ 溝部
３３ プレス治具
３５ 上型枠
３６ 収納孔

Claims (1)

1. 弁作用金属粉末の成形体に弁作用金属からなるリード線を埋設してなるコンデンサ素子を用いた固体電解コンデンサにおいて、
   前記リード線を平板状とするとともに、リード線の角部にテーパ部または曲線部を設けたことを特徴とする固体電解コンデンサ。